Оценка исходных показателей связности моторных единиц диафрагмы крыс в качестве количественных биомаркеров дегенерации и компенсации диафрагмальных моторных нейронов

Диафрагмальные моторные нейроны (МН), простирающиеся от уровня С3 до С6 миотома, образуют конечное звено от центральной нервной системы (ЦНС) к мышце диафрагмы¹. Диафрагмальные моторные единицы (МЧ) состоят из одной спинномозговой МН и ее иннервированных мышечных волокон диафрагмы, образующих наименьшую функциональную единицу дыхательной нервно-мышечной системы. Вентиляционная функция требует адекватного сокращения мышцы диафрагмы, достигаемого за счет скоординированной активации диафрагмального пула^{MU 2,3}. Многие неврологические заболевания, включая боковой амиотрофический склероз (БАС), приводят к тяжелым нарушениям вентиляции, что в конечном итоге является причиной смерти⁴.

Для оценки и мониторинга целостности пула двигательных единиц (MU) in vivo можно использовать несколько электрофизиологических подходов. Потенциал действия сложных мышц (CMAP) отражает суммарную деполяризацию всех мышечных волокон в определенной мышце или группе мышц после стимуляции периферических нервов и чувствителен к ряду нервно-мышечных состояний, включая БАС ^5,6 и спинальную мышечную атрофию (СМА)^7,8,9. Ограничением оценки CMAP является то, что коллатеральное прорастание может привести к сохранению амплитуды и площади CMAP даже при наличии потери MU¹⁰. Чтобы преодолеть это ограничение, в метод CMAP были внесены изменения для оценки как номера моторного блока, так и размера¹¹. Кроме того, исследование in vivo, посвященное функциональной оценке CMAP диафрагмы с помощью электрофизиологической системы, показало, что также может быть целесообразным использование описанного метода записи CMAP диафрагмы для оценки числа моторных единиц¹².

Метод инкрементальной оценки числа моторных единиц (MUNE) был впервые представлен в начале 1970-х годов McComas et al. для мышцы-разгибателя пальца у человека¹³. Инкрементальный подход MUNE представлял собой модификацию традиционного метода регистрации CMAP, в ходе которого постепенно увеличивающаяся стимуляция доставлялась для записи количественных субмаксимальных приращений по принципу «все или ничего» в качестве индексов реакций одной моторной единицы. Суммированные и усредненные приращения использовались для расчета оценки величины потенциала одного моторного блока (SMUP). Затем этот рассчитанный размер был разделен на амплитуду CMAP для оценки количества МЕ, иннервирующих исследуемую мышцу¹¹. MUNE демонстрирует высокую чувствительность в обнаружении и мониторинге потерь моторных единиц, что позволяет идентифицировать дисфункцию моторных единиц до того, как станут заметными изменения в таких показателях, как амплитуда CMAP или площадь^14,15. У пациентов с БАС MUNE оказался исключительно чувствительным, выступая в качестве важного биомаркера начала, прогрессирования и прогноза заболевания^16,17.

Были разработаны и широко используются многочисленные адаптации MUNE для оценки функции MU при таких состояниях, как нейродегенерация, повреждение нервной системы и естественный процесс старения 18,19,20,21. С момента первоначального описания различные адаптации, использующие как электрофизиологические реакции, так и инкрементальные силовые (механические) измерения, применялись как в исследованиях на людях, так и^{на животных} моделях. MUNE обеспечивает неинвазивную функциональную оценку связи моторных нейронов с мышцей. Продольное применение MUNE позволяет понять прогрессирование заболевания или индуцированного фенотипа, а также оценить защитные или регенеративные эффекты терапевтических вмешательств, как в клинических, так и в доклинических условиях. Независимо от эффективности воспроизводимости измерений MUNE и клинической значимости метода для бассейнов MU на большей части тела человека, усилия в основном сосредоточены на мышцах конечностей в мышцах грызунов 10,23,24,25.

Таким образом, цели данного исследования заключались в том, чтобы описать подход к получению составного потенциала действия мышц (CMAP), SMUP и номера диафрагмальной моторной единицы (MUNE) в виде оценок in vivo , которые могут быть использованы в доклинических исследованиях на грызунах для количественной оценки MUNE, размера моторной единицы (представленной как SMUP) и CMAP. Кроме того, мы представляем репрезентативные данные, которые подчеркивают потерю числа MU диафрагмы после внутриплеврального введения диафрагмального дегенеративного агента MN, фрагмента холерного токсина B, конъюгированного с сапорином (CTB-SAP).